基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法，针对时域仿真的轨迹结果无法直接用于紧急控制决策的问题，引入了基于轨迹灵敏度计算的量化分析方法，推导了多机系统的轨迹灵敏度计算公式，并针对切机控制提出了具体的轨迹灵敏度指标和控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法，属于电力系统稳定控制领域。
技术介绍
电力系统是一个复杂的非线性动态系统，存在着功角稳定、频率稳定、电压稳定等多种稳定性问题，电力系统稳定一旦被破坏将造成巨大的经济损失和灾难后果。电力系统切机控制是最常见的电力系统紧急控制方法之一，能够以较小的经济代价平衡送受两端的功率，是保证系统稳定运行的有效手段。分析电力系统暂态稳定问题、进行切机控制决策主要有基于直接法和基于时域仿真法两种。直接法分析源于李雅普诺夫直接法，能够快速得到暂态能量和稳定裕度等量化指标，但对于复杂模型和复杂故障的适应性不好，结果精度不高。时域仿真法能够模拟各种不同的元件模型和扰动故障，得到系统精确的暂态运行轨迹，计算精度高，算法成熟，是电力系统中广泛应用的暂态稳定分析方法，但计算大电网时较为耗时，对大量曲线输出的利用率较低，不能直接得到稳定裕度等量化指标，对于故障导致的电网失稳情况也不能给出具体的紧急控制策略。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于轨迹灵敏度分析的电力系统切机控制决策方法。技术方案：一种基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法，其特征在于：在时域仿真的输出曲线基础上，通过轨迹灵敏度分析方法计算失稳的发电机功角轨迹相对于控制量的灵敏度，得到指导切机控制决策的量化指标，然后通过并行仿真校验求得优化的切机控制策略方法。指导切机控制决策方法的轨迹灵敏度量化指标，能够反映出切除发电机组对电力系统功角稳定的影响，且不同机组的灵敏度指标可以并行求解。优点及效果：本专利技术这种基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法，具有以下优点和有益效果：(1)针对时域仿真的轨迹结果无法直接用于紧急控制决策的问题，引入了基于轨迹灵敏度计算的量化分析方法，提出了多机系统的轨迹灵敏度计算公式，并针对切机控制提出了具体的轨迹灵敏度指标和控制决策方法。(2)适应性好，结果精度高，可以直接得到稳定裕度等量化指标，对于故障导致的电网失稳情况也能够给出具体的紧急控制策略方法。附图说明图1为发电机的等效内电势节点图。图2为轨迹灵敏度并行计算图。图3为切机控制决策方法流程图。具体实施方式本专利技术针对时域仿真的轨迹结果无法直接用于紧急控制决策的问题，引入了基于轨迹灵敏度计算的量化分析方法，提出了多机系统的轨迹灵敏度计算公式，并针对切机控制提出了具体的轨迹灵敏度指标和控制决策方法。具体如下：1、多机电力系统的轨迹灵敏度指标通过动态系统(1)来说明轨迹关于参数的灵敏度定义{x·=f(t,x,y,α(t)),x(t0)=x00=g(t,x,y,α(t)),y(t0)=y0---(1)]]>其中x是n维的状态变量向量，y是m维的代数变量向量，α是p维的系统运行参数和结构参数向量。定义状态变量向量x和代数变量向量y对参数向量α的一阶偏导数和为一阶轨迹灵敏度。基于发电机二阶模型建立多机电力系统的微分方程组如下{dδidt=ωi,i=1,2,...,nMidωidt=Pmi-Pei-Diωi,i=1,2,...,n---(2)]]>其中δi、ωi、Mi、Di、Pmi、Pei分别为各发电机的转子角、转子角速度、转动惯量、阻尼系数、机械功率和电磁功率。将发电机等效为内电势节点，如图1所示，则全部网络节点在内的节点电流和电压关系为IG00=YG-YG0-YGYG+YGGYGL0YLGYLLEUGUL---(3)]]>其中IG、E、UG、UL分别为各发电机电流、内电势、端电压和其它节点电压向量，YG、YGG、YGL、YLG、YLL分别为发电机暂态电抗对应导纳1/jX'di组成的对角矩阵、发电机端自导纳、发电机端与其它节点的互导纳、其它节点自导纳。消去式(3)中除内电势节点以外的所有其它节点，得到各发电机电流与内电势之间的关系IG＝YEEYE=YG--YG0YG+YGGYGLYLGYLL-1-YG0---(4)]]>矩阵YE中的元素Yij＝Gij+jBij(i,j＝1,2,…,n)称为发电机内电势节点的输入导纳(自导纳)和转移导纳(互导纳)，YE为对称阵，且一般为满阵。仿照潮流计算推导相应的功率方程，可得Pei=Ei2Gii+Σj≠inEiEj(Gijcosδij+Bijsinδij)=Ei2Gii+Σj≠in(Giisinδij+Dijcosδij)---(5)]]>将上式代入式(2)中，得到全系统微分方程，即dδidt=ωidωidt=1Mi(-Diωi+Pmi-Ei2Gii-Σj≠in(Cijsinδij+Dijcosδij))i=1,2,...,n---(6)]]>假定发电机k为功角最小发电机(参考机)、发电机l为功角最大发电机，将式(6)中所有发电机功角重写为相对于发电机k的相对功角，则系统状态向量为x＝[ω1δ1k…ωk-1δk-1,kωkωk+1δk+1,k…ωnδnk]T(7)系统状态变量数为2n-1。根据上式，可以求解多机电力系统中任意发电机的功角、转速相对于发电机出力的轨迹灵敏度。如果求解最大功角发电机的功角曲线δlk相对于每一台发电机出力Pmi的轨迹灵敏度Si=∂δlk∂Pmi---(8)]]>则可以得到对最大功角影响最大的发电机出力。轨迹灵敏度数值越大，则说明该发电机出力对最大功角发电机的功角影响越大。换言之，切除该发电机能够有效减小失稳发电机功角，使系统恢复稳定。轨迹灵敏度是时间序列，为了对其进行量化分析，本专利技术选择故障后36个采样点(采样步长10ms，共360ms)的时间窗，定义灵敏度指标为S^i=1NΣs=1N|∂δlk∂Pmi|t=ts|---(9)]]>值得注意的是，在每一个采样点处，不同机组的轨迹灵敏度计算过程可以并行处理，如图2所示。假设可切机组为r台，则灵敏度指标计算流程为：①通过时域仿真进行稳定性评估，若系统失稳，则其失稳轨迹将用于后续灵敏度计算；②基于式(6)建立轨迹灵敏度的数学模型，采用梯形隐式积分法进行差分化推导；③在每一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法，其特征在于：在时域仿真的输出曲线基础上，通过轨迹灵敏度分析方法计算失稳的发电机功角轨迹相对于控制量的灵敏度，得到指导切机控制决策的量化指标，然后通过并行仿真校验求得优化的切机控制策略方法。

【技术特征摘要】
1.一种基于轨迹灵敏度的电力系统切机控制决策方法，其特征在于：在时域仿真的输出曲线基础上，通过轨迹灵敏度分析方法计算失稳的发电机功角轨迹相对于控制量的灵敏度，得到指导切机控制决策的量化指标，然后通过并行仿真校验求得优化的切机控制策略...

【专利技术属性】
技术研发人员：张星，闫殿涛，于之虹，田芳，刘敏，张涛，赵鹏，王超，张强，曾辉，韩子娇，程绪可，禹加，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网辽宁省电力有限公司，国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11